低溫低濁水處理技術(shù)研究進(jìn)展

嚴(yán) 群， 唐美香， 余 洋

（江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

低溫低濁水處理技術(shù)研究進(jìn)展

嚴(yán) 群， 唐美香， 余 洋

（江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

低溫低濁水較難處理，成為給水處理中的難題.根據(jù)低溫低濁水水質(zhì)特征分析其難處理原因，通過查閱文獻(xiàn)，綜述了混凝藥劑及各種處理方法在低溫低濁水中的應(yīng)用，指出加強(qiáng)混凝及深度處理工藝研究，是低溫低濁水處理的發(fā)展方向.

飲用水；低溫低濁水；混凝藥劑；深度處理

0 引言

在飲用水處理中，幾種特殊水質(zhì)的原水常規(guī)處理后出水一般不能達(dá)標(biāo)，低溫低濁水處理也一直是困擾給水界的一個(gè)難題.低溫低濁水主要指冬季水溫0～4℃，濁度30 NTU以下的江河水及水庫水.北方地區(qū)的冰凍期使水質(zhì)長期處在低溫（0～2℃）低濁（10～30 NTU）狀態(tài)；南方地區(qū)源水屬于低濁度水（贛南地區(qū)冬季可達(dá)到2 NTU左右），進(jìn)入冬季以后，溫度也會(huì)降到10℃以下，處于相對的低溫低濁狀態(tài).

低溫低濁水的處理給給水廠帶來困難，致使出水濁度不達(dá)標(biāo).濁度對人體健康會(huì)產(chǎn)生很大影響，調(diào)查顯示，源水及濾后水濁度的大小與腸胃疾病密切相關(guān)[1].我國由于地區(qū)水質(zhì)差異，低溫低濁水的處理一直沒有得到系統(tǒng)研究，沒有其特定的規(guī)律及成熟的處理方法，所以加強(qiáng)區(qū)域低溫低濁水的研究，對解決區(qū)域性問題有一定的意義.

1 低溫低濁水特點(diǎn)及難處理原因

溫度低、濁度低、耗氧量低、堿度低、粘度大、pH值偏低等是低溫低濁水在冬季的水質(zhì)特征[2].在低溫低濁狀態(tài)下，江河水表現(xiàn)出耗氧量、堿度、pH值偏低特性；水庫水則呈現(xiàn)色度、氨氮、磷、微生物和藻類含量高，且底層水中還具有鐵、錳、有機(jī)物含量較高的特點(diǎn).研究顯示：影響低溫低濁水難處理的關(guān)鍵因素是溫度和濁度.

1.1 溫度對低溫低濁水處理的影響

溫度可以影響水的pH值、粘度、Zeta電位、微粒布朗運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而影響混凝劑的水解、以及水處理過程中絮凝、沉淀、過濾的效果.

（1）源水pH值在冬季略有降低.冬季水溫低，導(dǎo)致水中CO2溶解性增強(qiáng)，pH值下降.混凝劑水解是吸熱過程，而偏低的pH值與混凝劑水解的最佳pH又有一定的偏離，在pH與水溫雙重影響下，混凝劑絮凝效果降低[3].

（2）水溫低，水的粘度增大，液層間的內(nèi)阻力增大，膠體粒子碰撞機(jī)會(huì)減少，影響絮凝效果；水的粘度大，絮凝過程中形成的礬花不宜沉降，影響沉淀效果；水的粘度大，剪切力大，絮凝體易被切斷，隨水穿透濾池，降低濾池截留效果[4].

（3）水溫低，水中膠體Zeta電位高.膠體粒子帶有負(fù)電荷，Zeta電位越高，粒子間靜電斥力越大，致使膠粒吸附在一起困難，影響絮凝效果；過濾池中濾料帶有負(fù)電荷，不能吸附帶有負(fù)電的膠粒，影響濾池過濾效果[2，5].

（4）水溫低，水中微粒布朗運(yùn)動(dòng)緩慢.布朗運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能主要與溫度有關(guān)，溫度低，微粒運(yùn)動(dòng)慢，由于“膠體的穩(wěn)定性”作用，微粒碰撞在一起的幾率降低，不能形成大的絮體，影響絮凝效果[6－7].

1.2 濁度對低溫低濁水處理的影響

低溫低濁水的另一重要特征為濁度低，水中微粒尺寸小且粒徑分布均勻，具有動(dòng)力穩(wěn)定性與凝聚穩(wěn)定性.濁度越低，水中微粒數(shù)目越少，粒子間碰撞機(jī)會(huì)就少，絮凝反應(yīng)慢，形成的絮體細(xì)、小、輕難以沉淀，過濾時(shí)易穿透濾層.低溫低濁水混凝時(shí)形成的微小絮體不能下沉，需要提高攪拌強(qiáng)度以增大顆粒的碰撞幾率，但增大機(jī)械攪拌強(qiáng)度會(huì)增加水力剪切強(qiáng)度，剪碎形成的細(xì)小絮體.

另外低溫低濁水中溶解性有機(jī)物也會(huì)影響水處理過程[8].水中溶解性有機(jī)物表面帶有遠(yuǎn)多于懸浮微粒的電荷，加入混凝劑后，其中的正電荷首先與有機(jī)物所帶電荷中和，只有加入混凝劑到一定程度后，才會(huì)與微粒反應(yīng)，形成吸附架橋作用.有機(jī)物會(huì)在無機(jī)顆粒表面形成保護(hù)層，使水體成為一個(gè)穩(wěn)定物系，就算投加過量混凝劑，也不能有很好的除濁效果.

2 低溫低濁水處理工藝進(jìn)展

低溫低濁水不利于凈化的水質(zhì)特點(diǎn)，影響著水處理的每個(gè)環(huán)節(jié).要對其進(jìn)行有效處理，使出水水質(zhì)符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，就要針對其水質(zhì)特征，在絮凝過程中，以形成體積大、密而實(shí)的絮體為目的，創(chuàng)造良好絮凝條件.對低溫低濁水進(jìn)行有效處理，除選擇好混凝藥劑外，處理方法有泥渣回流法、溶氣氣浮法、微絮凝過濾法、微渦旋絮凝低脈動(dòng)沉淀法及深度處理法.

2.1 合理使用絮凝藥劑

水處理藥劑選擇是水處理過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，絮凝劑及助凝劑選擇是否合適，直接影響后續(xù)工藝的處理效果，要根據(jù)不同的水質(zhì)選擇不同的混凝藥劑.

2.1.1 混凝劑的選擇

混凝劑包括無機(jī)鹽類混凝劑 （硫酸鋁、三氯化鐵、硫酸亞鐵、明礬、氯酸鈉等）及高分子混凝劑（聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵、聚硅酸金屬鹽等）.溶解在水中的混凝劑，通過吸附-電中和作用、吸附架橋作用、網(wǎng)捕-卷掃作用等與水中的微粒雜質(zhì)形成絮體，最后沉降，凈化水質(zhì).

趙海華[9]通過試驗(yàn)比較了三氯化鐵、硫酸鋁和硫酸亞鐵對低溫低濁水的除濁效果，結(jié)果表明：三氯化鐵適用的pH值范圍較寬，水解迅速，形成絮體較鋁鹽密實(shí)且沉降快，除濁效果最好.張躍軍[10]等在對白溪水庫水處理時(shí)，考察了聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵 (PFS)及兩者分別與聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDM)復(fù)配后除濁效果，結(jié)果表明：PFS的除濁效果最好，形成的絮體較PAC的吸附量大，結(jié)構(gòu)緊湊、致密、易沉.PAC、PFS與PDM復(fù)配后沒有明顯的除濁效果.Zouboulis[11]等比較了聚鋁與硫酸鋁對低濁水的除濁效果，試驗(yàn)采用常規(guī)處理與微絮凝直接過濾兩種工藝，結(jié)果表明，聚鋁在處理低濁度水方面效果更好，使出水濁度達(dá)到0.1 NTU，且微絮凝工藝效果好于常規(guī)工藝.

無機(jī)混凝劑中鐵鹽在處理低溫低濁水時(shí)效果好于鋁鹽，高分子絮凝劑整體效果好于無機(jī)混凝劑，特別是用聚鋁做絮凝劑時(shí)，形成絮體大、沉降好、投量少且對原水水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于低溫低濁水處理.

2.1.2 助凝劑的選擇

助凝劑一般不能單獨(dú)作為混凝劑使用，但可以與混凝劑配合使用而提高或改善凝聚和絮凝效果.助凝劑的作用有吸附架橋、調(diào)節(jié)原水酸堿度、氧化破壞水中有機(jī)污染物、改變混凝劑化學(xué)性態(tài).通過吸附架橋作用改善已形成的絮體結(jié)構(gòu)的助凝劑通常為高分子物質(zhì)，如聚丙烯酰胺（PAM）及其水解產(chǎn)物、活化硅酸、骨膠、海藻酸鈉等；以破壞水中有機(jī)污染物對膠體穩(wěn)定作用來改善混凝效果的助凝劑主要是一些氧化劑，如高錳酸鉀及其復(fù)合藥劑、高鐵酸鹽、氯、臭氧等.

王桂榮，張杰[12]研究了聚合二甲基二烯丙基氯化銨（HCA）、活化硅酸、聚丙烯酰胺（PAM）3 種不同助凝劑強(qiáng)化混凝處理漢江水源水的效果，結(jié)果表明：與活化硅酸和PAM相比，投加HCA與聚鋁配合使用，可形成大而密實(shí)的礬花，大幅降低出水濁度.李誠，孫世群[13]對比研究了高錳酸鉀復(fù)合劑（PPC）、O3、PPC 與O3聯(lián)用、PPC與Cl2聯(lián)用等工藝在處理低溫低濁水方面的效能，結(jié)果表明：四種預(yù)氧化工藝對濁度和有機(jī)物均有很好的去除效果，但從經(jīng)濟(jì)與技術(shù)方面比較，PPC與Cl2聯(lián)用工藝最適合處理低溫低濁水.

使用助凝劑能顯著改善混凝劑的混凝效果，減少投加量，特別是高錳酸鉀及其復(fù)合藥劑，在處理低溫低濁水中有良好的助凝效果.

2.2 泥渣回流

沉淀池及濾池沖洗下來的泥渣還具有一定的吸附能力，這些泥渣回流入原水中可以增加原水中膠體微粒數(shù)目，為混凝劑的水解提供附加的沉淀核心，加速礬花形成，提高新絮凝體密度，加速沉降速度.機(jī)械加速澄清池屬于泥渣循環(huán)型澄清池，其特點(diǎn)是利用機(jī)械葉輪攪拌和提升作用，完成泥渣回流和接觸反應(yīng)[2].黃廷林[14]等研究了增效澄清池處理西寧市低溫低濁水效果，結(jié)果表明：在PAC投量為7～9 mg/L、PAM投量0.45 mg/L、混合池?cái)嚢鑿?qiáng)度600 s-1左右、污泥回流比為1.47%～1.9%的條件下，澄清池出水濁度可控制在1 NTU左右，對CODMn的去除率﹥25%，處理效果較好.

泥渣回流適用于低溫中濁度水質(zhì)，不需投加助凝劑，節(jié)省絮凝劑，澄清效率高，但若原水濁度過低，還要采取人工加泥.

2.3 溶氣氣浮

溶氣氣浮法（DAF）即壓力溶氣浮選法，它利用壓力溶氣水驟然減壓所釋放出的大量微氣泡，與水中的絮凝體粘附在一起，形成視密度小于水的微氣泡-絮凝體體系，在浮力作用下，帶有微氣泡的絮凝體上浮至水面，形成浮渣后刮去.氣浮技術(shù)主要處理低濁度和含藻量大的水質(zhì)，可以節(jié)省基建投資[8].

熊長學(xué)[15]等利用氣浮技術(shù)對某市水廠工藝進(jìn)行改造，改造后凈水效果大幅提高，出水濁度達(dá)到0.5 NTU以下，降低了混凝劑投量，延長過濾周期達(dá)20 h，解決了含藻期濾池堵塞問題.Sohn[16]等對韓國一些水廠運(yùn)用DAF工藝進(jìn)行調(diào)查，在2003至2006年間，DAF工藝在水廠運(yùn)行效果較好，節(jié)省投資，出水濁度達(dá)到0.15 NTU，經(jīng)無煙煤濾料過濾后出水濁度達(dá)到0.02～0.09 NTU.

2.4 微絮凝接觸過濾

微絮凝過濾利用接觸過濾達(dá)到凈化目的，利用濾池上層濾料的微小空隙和化學(xué)特性，原水中投加混凝藥劑后立即進(jìn)入濾池，并在濾料層中形成微小絮體.絮體一部分被濾料截留，另一部分被濾料吸附，以微絮凝吸附作用達(dá)到除濁目的.微絮凝接觸過濾適用于低溫低濁度及中濁度水，技術(shù)上易掌握，管理方便[17].

高斌[18]等采用V型濾池對濁度為0.7～1.1 NTU，溫度為3～4.9℃的原水進(jìn)行直接過濾處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，V型濾池直接過濾對絮凝劑，濾前水質(zhì)有一定要求，V型濾池除濁除污能力較強(qiáng).陳超[19]等運(yùn)用微絮凝直接過濾工藝處理微污染水庫水，結(jié)果表明該工藝對低溫低濁度水庫水具有很好的除濁效果，使出水濁度達(dá)到0.5 NTU，且對NH3-N、CODMn的去除率高.

2.5 微渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀

該技術(shù)利用微蝸混合器造成高比例高強(qiáng)度的微蝸旋，其強(qiáng)烈的離心慣性效應(yīng)可保障混凝劑瞬間進(jìn)入水體細(xì)部，完成宏觀和亞微觀傳質(zhì)擴(kuò)散，使膠體脫穩(wěn)迅速、充分，從而強(qiáng)化了混合反應(yīng)和混凝過程[20].

黃林平[21]等采用微渦旋混凝技術(shù)處理低溫低濁水，水溫 0～5℃，濁度 10～30 NTU，管式微渦混合器混合時(shí)間3～5 s，經(jīng)處理后沉淀池出水為3 NTU.技術(shù)提高了處理水量，節(jié)省混凝藥劑.白蕓[22]等利用該技術(shù)處理0～5℃，10 NTU以下的第二松花江水，結(jié)果表明：處理后沉淀池出水濁度2.86 NTU，濾池出水濁度0.98 NTU，該技術(shù)在工程中實(shí)現(xiàn)了高效的混合、反應(yīng)、沉淀.

2.6 深度處理

深度處理技術(shù)是指在常規(guī)處理工藝之后，增加能夠?qū)ΤＲ?guī)工藝不能有效去除的污染物或消毒副產(chǎn)物的前體物進(jìn)行有效去除的工藝技術(shù)，該技術(shù)通過去除水中有機(jī)污染物和雜質(zhì)，達(dá)到除濁的目的.目前常用的深度處理技術(shù)有臭氧氧化、活性炭吸附、臭氧-活性炭聯(lián)用、膜過濾等技術(shù).

樸芬淑[23]等采用MF與PAC協(xié)同處理低濁度微污染源水，試驗(yàn)結(jié)果表明，濁度平均去除率93%，色度平均去除率86%，CODMn平均去除率70%，UV254平均去除率61%.張紹梅[24]等在低溫狀態(tài)下研究臭氧/生物活性炭（O3/BAC）深度處理密云水庫水，結(jié)果表明：O3/BAC工藝處理效果優(yōu)于單獨(dú)活性炭工藝（GAC），對 CODMn、UV254、BDOC 去除率分別高于 GAC工藝的9.0%、30.5%、12.9%.

3 低溫低濁水處理技術(shù)展望

近年來，隨著人們對飲用水安全問題的重視以及飲水標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，加強(qiáng)對低溫低濁水的處理，確保水質(zhì)合格成為每個(gè)水處理工作者的使命.研究水質(zhì)處理新藥劑，新工藝，是低溫低濁水處理的發(fā)展方向.

首先根據(jù)原水水質(zhì)情況及出水水質(zhì)要求，選擇合適的混凝藥劑.利用先進(jìn)技術(shù)，從微觀角度研究混凝藥劑的作用機(jī)理，開發(fā)耐低溫新型高效水處理藥劑，從根本上解決低溫低濁水處理問題.近年來利用納米技術(shù)研制的納米高效復(fù)合絮凝劑在低溫低濁水處理中發(fā)揮了很好的作用，為混凝劑的研制提供了方向.

其次在工藝選擇上要綜合考慮各處理工藝優(yōu)缺點(diǎn)，擇優(yōu)選取，開發(fā)研制新型濾料；在工藝設(shè)計(jì)上，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)研究，建立有關(guān)數(shù)學(xué)模型為工藝流程設(shè)計(jì)提供足夠的理論依據(jù)，以探索經(jīng)濟(jì)、高效、適應(yīng)性強(qiáng)的凈化工藝.

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國大部分城鎮(zhèn)飲用水水源受到不同程度的污染，使得部分源水成為低溫低濁微污染水源水，這給飲用水處理工作帶來更大挑戰(zhàn).深度處理技術(shù)能夠有效去除常規(guī)工藝不能去除的有機(jī)物和消毒副產(chǎn)物，是目前微污染低溫低濁水處理領(lǐng)域研究和關(guān)注的熱點(diǎn)，也是提升出水水質(zhì)、應(yīng)對地表水源污染的有效對策.該技術(shù)能夠有效提高和保障飲用水水質(zhì)，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景.

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Research Development of Treatment Technology for Low Temperature and Low Turbidity Water

YAN Qun,TANG Mei-xiang,YU Yang

（Faculty of Resource and Environmental Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China）

The treatment of low temperature and low turbidity water is a difficult problem in feed water treatment for its difficult treated.The reasons of this phenomenon are analyzed based on the water characteristic.After literatures reviewed,this article summarized the application of coagulants and various treatment methods in low temperature and low turbidity water.It points out that intensive research of enhance coagulation and advanced treatment is the development direction in low temperature and low turbidity water treatment.

drinking water;low temperature and low turbidity water;coagulant;advanced treatment

X703

A

1674-9669（2011）04-0045-04

2011-04-23

嚴(yán) 群（1973- ），女，博士，副教授,主要從事礦山廢水及飲用水處理方面的研究，E-mail：yanqun8219893@16.com.